视频中多线索的人脸特征检测与跟踪1 - æ¸ åŽå¤§å­¦

选 取 50 个 标 准 证 件 照 手 工 标 定 眼 睛 和 嘴 角 4 个 特 征 点 , 根 据 特 征 点 对
样 本 图 象 进 行 几 何 校 正 并 裁 减 出 人 脸 样 本 (50×50), 并 且 都 进 行 灰 度 标 准
化 ( 平 均 值 128, 方 差 64) 处 理 , 计 算 平 均 脸 。 然 后 将 得 到 的 平 均 脸 缩 小 到
20×20 大 小 , 并 从 其 中 剪 裁 出 20×8 大 小 的 平 均 眼 。 如 图 4 所 示 。
图 4. 多 关 联 模 板
3. 多 关 联 模 板 匹 配 的 人 脸 检 测 算 法 的 匹 配 方 案
在 立 体 视 觉 匹 配 得 到 的 分 割 中 , 首 先 使 用 双 眼 模 板 搜 索 候 选 人 脸 , 再 用 人 脸 模 板 匹 配 进 一 步 筛
选 候 选 人 脸 , 仅 保 留 超 过 阈 值 的 匹 配 值 最 大 的 位 置 作 为 结 果 。 根 据 可 能 的 人 脸 大 小 范 围 , 算 法 通 过
对 图 象 反 复 作 等 比 例 压 缩 重 采 样 并 在 压 缩 后 的 图 象 中 进 行 搜 索 的 方 法 实 现 多 尺 度 人 脸 的 定 位 [10]。
为 了 在 一 定 程 度 上 减 少 光 照 的 影 响 , 在 每 个 搜 索 的 矩 形 区 域 , 进 行 了 光 线 校 正 。
如 图 3(a) 所 示 , 实 线 的 外 框 是 立 体 视 觉 匹 配 的 结 果 , 虚 线 的 内 框 是 进 行 多 关 联 人 脸 模 板 匹 配 得
到 的 人 脸 位 置 。 这 个 人 脸 位 置 和 大 小 , 就 是 “ 整 体 到 局 部 ” 指 导 人 脸 特 征 检 测 的 “ 整 体 ”。
3.3. 人 脸 特 征 检 测
在 整 体 人 脸 位 置 和 大 小 的 “ 指 导 ” 下 , 进 一 步 检 测 人 脸 器 官 的 位 置 。 我 们 检 测 的 人 脸 特 征 主 要
包 括 左 右 眼 睛 ( 以 上 眼 睑 中 心 标 识 ), 鼻 ( 以 最 宽 处 左 右 标 识 ), 嘴 ( 以 左 右 嘴 角 标 识 )。
整 体 人 脸 的 检 测 结 果 指 示 了 人 脸 各 个 器 官 的 大 致 分 布 情 况 。 因 此 , 可 以 认 为 3.2 节 检 测 结 果 区
域 中 局 部 灰 度 变 化 比 较 大 的 位 置 是 人 脸 器 官 所 在 的 区 域 。
从 3.2 节 检 测 结 果 区 域 , 我 们 能 够 得 到 人 脸 的 大 致 尺 度 。 图 象 中 人 脸 器 官 位 置 灰 度 变 化 情 况 ,
跟 图 象 中 人 脸 尺 度 密 切 相 关 。 采 用 多 尺 度 的 小 波 分 析 (Wavelet Analysis)[11] 能 够 检 测 出 不 同 尺 度
的 灰 度 变 化 情 况 ;Gabor 小 波 变 换 (Gabor Wavelet Transform)[12][13] 能 够 检 测 出 不 同 方 向 、 不 同
尺 度 的 灰 度 变 化 。 这 些 基 于 小 波 的 检 测 方 法 能 够 得 到 所 有 尺 度 /( 方 向 ) 的 灰 度 变 化 情 况 , 但 是 计 算
量 比 较 大 不 能 适 应 实 时 检 测 和 跟 踪 的 需 要 ; 而 我 们 希 望 得 到 的 仅 仅 是 某 一 能 够 反 应 器 官 位 置 的 尺 度
(“ 器 官 尺 度 ”) 的 灰 度 变 化 , 全 部 尺 度 的 计 算 是 不 需 要 的 。 因 此 , 我 们 提 出 避 免 采 用 比 较 复 杂 的 小
波 分 析 方 法 来 计 算 全 部 尺 度 和 方 向 上 灰 度 变 化 , 而 是 通 过 实 验 确 定 Sobel 算 子 卷 积 可 以 反 映 器 官 位
置 灰 度 变 化 的 人 脸 尺 度 范 围 , 根 据 人 脸 整 体 定 位 的 结 果 将 其 映 射 到 这 个 尺 度 范 围 上 , 再 采 用 Sobel
算 子 卷 积 就 能 够 有 效 地 检 测 出 “ 器 官 尺 度 ” 上 的 灰 度 变 化 。 因 为 Sobel 算 子 的 窗 口 大 小 是 固 定 的
(3*3), 在 这 个 窗 口 大 小 下 只 能 够 检 测 某 一 尺 度 范 围 的 灰 度 变 化 即 边 缘 信 息 , 本 来 是 不 能 用 于 多 尺
度 边 缘 检 测 的 ; 由 于 我 们 已 经 有 了 整 体 人 脸 检 测 结 果 的 指 导 , 故 可 以 将 整 体 人 脸 检 测 的 区 域 放 缩 到
Sobel 算 子 能 够 检 测 的 人 脸 尺 度 范
围 , 从 而 利 用 不 变 尺 度 算 子 达 到 多
尺 度 检 测 的 效 果 。 而 这 个 Sobel 算
子 的 “ 器 官 尺 度 ” 是 通 过 实 验 确 定
的 。 由 于 检 测 横 向 边 缘 的 Sobel 算
子 能 够 较 好 地 反 应 人 脸 器 官 位 置
的 灰 度 , 这 里 采 用 图 5 所 示 的
Sobel 算 子 。
设 当 人 脸 尺 度 在 [R min , R max ] 范
围 内 时 , 横 向 Sobel 算 子 能 够 比 较
好 地 提 取 人 脸 器 官 位 置 的 灰 度 变
化 。 在 整 体 人 脸 定 位 时 , 我 们 能 够
得 到 图 象 中 人 脸 的 大 致 尺 度 R*,
我 们 将 整 体 人 脸 从 图 象 中 剪 切 出
来 并 缩 放 到 尺 度 (R min +R max )/2, 然
后 对 缩 放 后 的 图 ( 图 5(a)) 用 横 向
Sobel 算 子 卷 积 , 就 能 够 很 好 地 分
⎡ 1 2 1 ⎤
Sobel H
= ⎢ 0 0 0 ⎥
⎢⎣
−1
− 2 −1⎥⎦
(a) 缩 放 后 的 分 割 图 (b) Sobel 卷 积 图
100%
90%
累 计 直 方 图
二 分 阈 值
0 255
(c) 累 计 直 方 图
(d) 器 官 分 割 图
图 5. 利 用 水 平 Sobel 卷 积 和 自 动 阈 值 选 取 得 到 人 脸 器 官 分 割 图
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